JWST/MIRI: молекулярное излучение угасает, а C/O растет в старых дисках

Международная группа астрономов использовала инструмент MIRI на космическом телескопе JWST для изучения газового состава 14 протопланетных дисков в ассоциации Верхний Скорпион (Upper Scorpius, USco). Возраст этих дисков составляет около 5–10 миллионов лет, что делает их интересными для изучения эволюции вещества, из которого формируются планеты.

Спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне показала, что примерно половина дисков содержит много молекул: водяной пар (H2O), углекислый газ (CO2), циановодород (HCN), ацетилен (C2H2) и молекулярный водород (H2). Другая половина оказалась молекулярно-бедной — в них зафиксировано лишь излучение H2.

Ученые объединили эту выборку с данными по еще 10 дискам USco из программы AGE-PRO и сравнили общую группу старых дисков с молодыми системами (возраст ~1–3 млн лет) из обзора JDISCS Cycle 1, проанализированными аналогичным методом. Выяснилось, что в старых дисках значительно ниже частота обнаружения основных молекулярных видов, но заметно выше встречаемость редких углеродсодержащих молекул, таких как C4H2.

При одинаковой аккреционной светимости светимость молекулярных линий в дисках USco систематически ниже, чем в молодых дисках, а соотношения между этими величинами различаются. Примерно у половины старых дисков, особенно у тех, что слабо излучают в миллиметровом диапазоне и, вероятно, более компактны, наблюдаемое отношение масс углеродсодержащих и кислородсодержащих молекул оказалось выше, чем максимальные значения в молодой выборке.

Авторы связывают эти результаты с уменьшением массы молекулярного газа во внутренних областях диска, охлаждением излучающих слоев и повышением внутреннего газового отношения углерода к кислороду (C/O) в старых дисках. Последнее может быть следствием дрейфа гальки (пепблов) — процесса, при котором богатые кислородом частицы мигрируют к звезде.

В совокупности полученные данные указывают на химическую эволюцию газа во внутренних частях протопланетных дисков по мере их старения. Это имеет важные последствия для понимания формирования первичных атмосфер планет: состав газа, который аккрецируют формирующиеся планеты, меняется со временем. Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv (идентификатор 2606.27477).